otezioni contr
o i guasti a terra
U
L
Id
Id
E1N 1250 PR121/P-LSIG In-1250A 4p
T5N 400 PR222DS/P-LSI In400 RC222/5
T1B 160 In 160-1600 RC221/1
Riassumendo, per ottenere la selettività differenziale tra due dispositivi posti in serie:
a) per interruttori differenziali di tipo S a monte, (conformi a CEI EN 61008-1 e CEI EN 61009 (IEC 61008-1 e IEC 61009), di tipo ritardato, bisogna scegliere interruttori a valle di tipo non selettivo con I∆n tre volte inferiore; b) per sganciatori differenziali elettronici (RC 221/222/223,
RCQ, RD2) è suffi ciente scegliere il dispositivo a monte con la regolazione delle soglie di tempo e di corrente immediatamente maggiori di quelle del dispositivo a valle tenendo opportunamente conto delle tolleran-ze.
L’esempio che segue (fi gura 3) mostra una parte di un impianto in cui sono presenti tre interruttori in cascata equipaggiati con sganciatori differenziali e sganciatori elettronici con protezione contro i guasti a terra G. Gli interruttori in esame sono:
• E1N 1250 PR121/P-LSIG In=1250A 4p
• T5N 400 PR222DS/P-LSI In =400A con sganciatore differenziale RC222
• T1B 160 In=160A con sganciatore differenziale RC221
Fig. 3
Per un corretto coordinamento ai fi ni della selettività differenziale è necessario settare opportunamente le soglie di corrente e i tempi di intervento tenendo in conto le tolleranze. Ovviamente per ciascun interruttore dovrà essere verifi cato il vincolo imposto dalle norme per ciò che riguarda la protezione dai contatti indiretti.
I possibili settaggi ai fi ni della selettività sono i seguen-ti: • E1N 1250 G (Guasto a terra): t=cost - Corrente - 250 [A] - Tempo 0.8 [s] • T5N 400 RC: Corrente 1 [A] - Tempo 0.3 [s] • T1B 160 RC: Corrente 0.3 [A] - Tempo instantaneo
Con tali settaggi le curve di intervento sono quelle rap-presentate in fi gura 4: Fig. 4 1E6s 1E5s 1E4s 1E3s 100s 10s 1s 0.1s 1E-2s 1E-3s 1E-4s 1E-5s
1E-3kA 1E-2kA 0.1kA 1kA 10kA 100kA 1E3kA 1E4kA T1B E1N T5N
7 La selettività delle pr
otezioni contr
o i guasti a terra
I sistemi di distribuzione in corrente
continua
La norma IEC60364-1 defi nisce i sistemi di distribuzio-ne in corrente continua in modo analogo alla corrente alternata:
Sistema TT
Un polo del sistema e le masse sono collegate a due impianti di terra elettricamente indipendenti1.
Eventualmente può essere collegato a terra il punto medio dell’alimentazione 1 La scelta di connettere a terra il polo positivo o negativo è effettuata in base ad altre considerazioni non trattate nella presente appendice. L+ L-Sistema a) masse collegamento a terra delle masse collegamento a terra del sistema
~
–
TT~
–
~
–
collegamento a terra delle masse collegamento a terra del sistema Sistema b) L+ L-M masse PE PE Applicazione opzionale con l’utilizzo di batterie Applicazione opzionale con l’utilizzo di batterie TN-S~
–
~
–
PEM (d.c.) Sistema b) L+ M L-PE~
–
PEL (d.c.) Sistema a) L+ L-PE masse collegamento a terra del sistema collegamento a terra del sistema masse Applicazione opzionale con l’utilizzo di batterie Applicazione opzionale con l’utilizzo di batterieAppendice A
Appendice A
1. TN-S – il conduttore del polo connesso a terra e di
protezione PE sono separati;
2. TN-C – le funzioni di polo connesso a terra e conduttore
di protezione sono combinate in un unico conduttore defi nito PEN;
Sistema TN
Un polo, o il punto medio dell’alimentazione, è messo direttamente a terra; le masse sono connesse allo stesso punto di messa a terra.
Il sistema elettrico TN si distingue in tre tipi a seconda che il polo connesso a terra e il conduttore di protezione siano separati o meno:
~
–
~
–
Sistema b) L+ PEM L-TN-C L+ PEL~
–
Sistema a) masse collegamento a terra del sistema collegamento a terra del sistema masse Applicazione opzionale con l’utilizzo di batterie Applicazione opzionale con l’utilizzo di batterie PETN-C-S
~
–
~
–
L+ PE L-M PEM Sistema b) PEL~
–
L+ PE L-sistema TN-C sistema TN-C-S d.c sistema TN-S Sistema a) collegamento a terra del sistema masse sistema TN-C sistema TN-C-S d.c sistema TN-S collegamento a terra del sistema masse masse Applicazione opzionale con l’utilizzo di batterie masse Applicazione opzionale con l’utilizzo di batterie3. TN-C-S – le funzioni di polo connesso a terra e
con-duttore di protezione sono in parte combinate in un solo conduttore PEN ed in parte separate.
La norma IEC 60364-4, ai fi ni della protezione contro i contatti indiretti, prescrive che un dispositivo di protezio-ne deve automaticamente disconprotezio-nettere l’alimentazioprotezio-ne in modo tale che a seguito di un guasto tra una parte attiva e una massa o un conduttore di protezione non permanga sulle masse una tensione superiore a 120 V (cc) per un tempo suffi ciente a provocare effetti fi sio-patolo-gici per il corpo umano1
.
Per ambienti particolari possono essere richiesti tempi di interruzione e valori di tensione più bassi di quelli appena indicati.
Sono al momento allo studio ulteriori requisiti per i sistemi in corrente continua.
Nei sistemi in corrente continua occorre tenere in consi-derazione gli aspetti della corrosione elettromeccanica a causa delle correnti continue disperse nel terreno.
1 Per i sistemi IT l’apertura automatica del circuito non è necessariamente richiesta in presenza di un primo guasto.
Sistema IT
L’alimentazione non presenta connessioni a terra mentre le masse sono connesse direttamente a terra.
~
–
~
–
Sistema b) L+ M L-IT L+L-~
–
Sistema a) masse collegamento a terra delle masse masse PE Applicazione opzionale con l’utilizzo di batterie collegamento a terra del sistema 1) 1)Il sistema può essere connesso a terra tramite un’impedenza di valore elevato PE collegamento a terra delle masse collegamento a terra del sistema 1) Applicazione opzionale con l’utilizzo di batterieAppendice A
Protezione contro i contatti diretti
Proteggere contro i contatti diretti signifi ca evitare il pericolo derivato dal contatto delle persone con parti elettricamente attive. Per evitare un contatto diretto è necessario realizzare un impianto elettrico avente de-terminate caratteristiche in modo da salvaguardare la sicurezza delle persone.
Le due possibilità per raggiungere tale obiettivo sono: • impedire che la corrente passi attraverso il corpo; • limitare la corrente che può attraversare il corpo
ad un valore inferiore a quello patofi siologicamente pericoloso.
É bene ricordare che le misure di protezione devono essere opportunamente integrate tra loro, in relazione al tipo di impianto e alle condizioni ambientali.
In base a queste considerazioni le misure di sicurezza si possono distinguere in:
• protezioni totali; • protezioni parziali.
Nelle seguenti tabelle sono riportati i gradi di protezione degli involucri defi niti dalle norme CEI EN 60529
Appendice B
2a CIFRA: protezione contro i liquidi
IP Descrizione completa
0 Nessuna protezione Non è prevista alcuna particolare protezione 1
Protetto contro le cadute verticali di gocce d’acqua (condensa)
Le gocce d’acqua che cadono verticalmente non devono provocare effetti dannosi
2
Protetto contro le cadute di gocce d’acqua fi no a 15° dalla verticale
Le gocce d’acqua che cadono verticalmente non devono provocare effetti dannosi quando l’involucro è inclinato di un qualsiasi angolo fi no a 15° rispetto alla sua posizione ordinaria 3
Protetto contro la pioggia d’acqua fino a 60° dalla verticale
L’acqua che cade a pioggia da una direzione facente con la verticale un angolo fi no a 60° non deve provocare effetti dannosi
4
Protetto contro gli spruzzi di acqua da tutte le di-rezioni
L’acqua spruzzata sull’involucro da tutte le dire-zioni non deve provocare effetti dannosi
5
Protetto contro i getti d’ac-qua da tutte le direzioni mediante lancia
L’acqua proiettata con un ugello sull’involucro da tutte le direzioni non deve procurare effetti dannosi
6
Protetto contro i getti di
ac-qua simili alle onde marine Nel caso di ondate oppure di getti potenti l’acqua non deve penetrare nell’involucro in quantità dannosa
7
Protetto contro gli effetti della immersione tempo-ranea
Non deve essere possibile la penetrazione d’ac-qua in d’ac-quantità dannosa all’interno dell’involucro immerso in condizioni determinate di pressione e di durata
8
Protetto contro gli effetti
della immersione continua Il materiale è adatto per rimanere sommerso in continuità in acqua nelle condizioni specifi cate dal costruttore
1a CIFRA: protezione contro i corpi solidi
IP Descrizione completa
0 Nessuna protezione Non è prevista alcuna particolare protezione 1 Protetto contro i corpi solidi
superiori a 50 mm (contatti involontari con le mani)
Non devono poter penetrare una grande super-fi cie del corpo umano, per esempio una mano (non è però prevista la protezione volontaria) o corpi solidi di dimensioni superiori a 50mm di diametro
2 Protetto contro i corpi solidi superiori a 12 mm (dito della mano)
Non devono poter penetrare le dita od oggetti analoghi di lunghezza non eccedente gli 80mm o corpi solidi di diametro superiore a12 mm
3 Protetto contro i corpi solidi superiori a 2,5 mm (utensili, fi li)
Non devono poter penetrare utensili, fi li, ecc., di diametro o spessore superiore a 2,5mm o corpi solidi di diametro superiore a 2,5mm
4 Protetto contro i corpi solidi
superiori a 1 mm Non devono poter penetrare fili o piattine di spessore superiore a 1,0mm o corpi solidi di diametro superiori 1,0mm
5 Protetto contro la polvere
(nessun deposito nocivo) La penetrazione di polvere non è totalmente esclusa, ma il quantitativo penetrato non è tale da nuocere al buon funzionamento del materiale
6 Totalmente protetto contro
la polvere Non è ammessa alcuna penetrazione di polvere
Le protezioni totali impediscono sia il contatto acciden-tale sia quello volontario e sono misure normalmente adottate nel caso di impianti accessibili a persone non aventi conoscenze tecniche specifi che (persone non addestrate).
Per protezioni parziali si intendono invece quelle misure utilizzate in luoghi accessibili solo dal personale adde-strato poiché forniscono una protezione dai contatti accidentali ma non da quelli intenzionali.
I pricipali metodi per la protezione contro i contatti diretti sono:
• ricoprire completamente le parti attive con un iso-lamento che possa essere rimosso solo mediante distruzione (in questo caso la protezione è totale); • porre le parti attive entro involucri o dietro barriere
tali da assicurare almeno il grado di protezione IPXXB, per le superfi ci orizzontali superiori delle barriere o degli involucri che sono a portata di mano è necessario un indice di protezione di IPXXD (la protezione è totale);
Lettera addizionale: protezione contro l’accesso a parti pericolose
IP Descrizione completa
0
Protetto contro l’accesso
con il dorso della mano Il calibro di accessibilità di diametro 50 mm deve mantenere un’adeguata distanza dalle parti pericolose
1
Protetto contro l’accesso
con un dito Il dito di prova articolato di diametro 12 mm e di lunghezza 80 mm deve mantenere una adeguata distanza dalle parti pericolose
2
Protetto contro l’accesso
con un attrezzo Il calibro di accessibilità di diametro 2.5 mm e di lunghezza 100 mm deve mantenere una adeguata distanza dalle parti pericolose
3
Protetto contro l’accesso
con un fi lo Il calibro di accessibilità di diametro 1.0 mm e lunghezza 100 mm deve mantenere una adegua-ta disadegua-tanza dalle parti pericolose
15° 60° 15 cm ø50 mm 80 mm ø12 mm 100 mm ø2.5 mm 100 mm ø1 mm ø50 mm ø12 mm ø2,5 mm ø1 mm
Appendice B
Id
• utilizzare degli ostacoli in modo tale da impedire il contatto accidentale con parti attive (la protezione impedisce solamente il contatto accidentale ma non quello intenzionale, è quindi una protezione parziale);
• posizionare le parti attive ad una distanza tale da impedire il contatto non intenzionale con queste parti (protezione parziale);
• utilizzare differenziali aventi una corrente differen-ziale nominale d’intervento non superiore a 30mA. La protezione mediante l’utilizzo dell’interruttore diffe-renziale è richiesta:
• nei locali ad uso abitativo per i circuiti che alimentano le prese a spina con corrente nominale non superiore a 20A;
• per i circuiti che alimentano le prese a spina con una corrente nominale non superiore a 32A destinate ad alimentare apparecchi utilizzatori mobili usati all’esterno.
L’uso di tali dispositivi viene defi nito dalle norme come protezione addizionale che può integrare i metodi di protezione precedentemente descritti ma non sostituirli. Per capire ciò la fi gura 1 riporta il caso in cui il contatto diretto avvenga con una sola parte in tensione.
La linea tratteggiata in blu rappresenta il percorso della corrente nelle condizioni normali, mentre la linea in rosso rappresenta il percorso della corrente che potrebbe cir-colare nella persona nelle condizioni sopra descritte. È da notare che non essendoci un guasto verso massa non ha alcuna infl uenza lo stato di collegamento delle masse rispetto a terra.
Come è noto il differenziale interviene sicuramente per I∆≥I∆n (dove I∆n è la sensibilità del differenziale).
In base alla curva di pericolosità (vedi capitolo 5) la per-sona non subisce nessun effetto dannoso se la corrente che attraversa il corpo umano è inferiore o uguale a 30mA (I∆n≤ 30mA).
Fig. 1
Nella fi gura 2 invece è riportato il caso in cui il contatto diretto avvenga su due polarità a potenziale diverso.
Fig. 2
Il pericolo potrebbe insorgere nel caso in cui la persona è isolata da terra (es. persona appoggiata su una scala di legno o con scarpe aventi suole in gomma, ecc.) oppure se presenta un valore elevato di resistenza del corpo più la resistenza verso terra; in queste condizioni infatti la corrente di dispersione a terra I∆ risulterebbe di un valore talmente basso da non attivare il differenziale ma la persona potrebbe essere attraversata da una corrente tale da causarle dei pericoli.
È quindi per questi casi (anche se rari) che la norma defi nisce la protezione differenziale come protezione addizionale da integrare ai metodi precedentemente descritti.
Id
Appendice C
Protezione contro i contatti indiretti senza
disconnessione automatica del circuito
Oltre alla protezione contro i contatti indiretti attraverso la disconnessione automatica del circuito le norme di impianto permettono di realizzare tale protezione senza disconnessione automatica con evidente vantaggio per la continuità di servizio; tali protezioni sono considerate di tipo preventivo poiché sono utilizzate per evitare il verificarsi delle condizioni di pericolo.
I principali metodi sono i seguenti:
• protezione mediante componenti elettrici di Classe II o con isolamento equivalente;
• protezione mediante luoghi non conduttori*; • protezione mediante collegamento equipotenziale
locale non connesso a terra*;
• protezione per separazione elettrica per l’alimenta-zione di un solo apparecchio utilizzatore;
• protezione per separazione elettrica per l’alimenta-zione di più apparecchi utilizzatori*.
Protezione mediante componenti elettrici di Classe II o con isolamento equivalente
Questa protezione è assicurata con l’utilizzo di compo-nenti elettrici che impediscono la possibilità del manife-starsi di una tensione pericolosa a seguito di un guasto nell’isolamento principale.
Per realizzare questa misura di protezione è necessario utilizzare componenti elettrici aventi particolari caratte-ristiche:
• doppio isolamento o isolamento rinforzato;
• componenti che abbiano un isolamento equivalente alla classe II (es. quadri con isolamento completo) •
isolamento supplementare applicato in fase di instal-lazione ai componenti elettrici aventi un isolamento principale;
• isolamento rinforzato applicato alle parti attive nude durante l’installazione;
Oltre ai componenti sopra citati la norma indica l’utilizzo di involucri e di condutture aventi particolari caratteri-stiche; si rimanda alla norma stessa per le prescrizioni relative ai componenti sopra citati.
= isolamento rinforzato ovvero un isolamento unico in grado di assicurare lo stesso grado di protezione che si avrebbe con l’isolamento principale più l’isolamento supplementare
= parte attiva (in tensione)
= isolamento funzionale: in un apparecchio elettrico isola le parti a tensioni diverse e rende perciò possibile il funzionamento
= isolamento principale è l’isolamento delle parti normalmente in tensione
= isolamento supplementare è un isolamento aggiuntivo all’isolamento principale che garantisce l’isolamento in caso di un cedimento di quest’ultimo
Fig. 1
Appendice C
* Queste misure di protezione sono applicabili solo quando l’impianto è controllato da o sotto la supervisione di persone addestrate.
Protezione mediante luoghi non conduttori
La protezione mediante luoghi non conduttori (Fig. 2) consiste nel realizzare tramite l’ambiente stesso delle disposizioni (attraverso distanziamenti, interposizioni e isolamenti) in modo da impedire i contatti simultanei con parti che possono trovarsi ad un potenziale diverso (es. causato da un cedimento dell’isolamento principale di parti attive). Questo metodo di protezione a causa della sua particolarità non è mai applicabile negli edifi ci civili e similari.
Protezione mediante collegamento equipotenziale locale non connesso a terra
Questo tipo di protezione consiste nel portare allo stesso potenziale tutte le parti con le quali la persona potrebbe venire a contatto.
Utilizzando questo metodo potrebbero insorgere dei problemi qualora avvenga l’interruzione di un collega-mento equipotenziale che comporterebbe delle tensioni a potenziale diverso pericolose nell’impianto.
Questa misura di protezione non è praticamente mai applicabile negli edifi ci civili e similari e data la diffi coltà nel soddisfare le condizioni richieste esistono pochi locali aventi le caratteristiche appropriate.
Protezione per separazione elettrica
La protezione per separazione elettrica, che rappresenta una misura di protezione contro i contatti indiretti, per-mette di limitare la tensione sulla persona grazie all’impe-denza di isolamento del sistema verso terra; per farsì che questa misura di protezione abbia effi cacia è necessario che i circuiti separati siano isolati correttamente. La sorgente di alimentazione utilizzata per rispettare quanto richiesto dalla norma deve avere almeno una separazione semplice con tensione massima fornita al circuito separato di 500V.
È necessario porre particolare attenzione al numero di utilizzatori che il circuito separato andrà ad alimentare, infatti per l’alimentazione di più utilizzatori questa misura di protezione è applicabile solo quando l’impianto è con-trollato da o sotto la supervisione di persone addestrate, tale prescrizione non è invece richiesta per l’alimentazio-ne di un solo utilizzatore. 1 Trascurando le correnti capacitive per tratti poco estesi Fig.2 isolamento dell’ambiente isolamento principale parte attiva isolamento funzionale Fig.3 carico F N
Appendice C
Appendice D
Protezione combinata contro i contatti
diretti e indiretti
Le norme consentono di adottare una protezione com-binata contro i contatti diretti e indiretti. Per poter rag-giungere tale obiettivo è necessario realizzare un sistema avente determinate caratteristiche.
La caratteristica principale di questi sistemi è quella di avere come tensione nominale del circuito il valore pari a 50Vca e 120Vcc (sistemi a bassissima tensione). Per garantire questo tipo di protezione è necessario prendere provvedimenti affinché la tensione nominale non aumenti in nessun caso, come ad esempio potrebbe accadere nel caso in cui avvenga un guasto al secondario di un trasformatore con primario a U1>50V dovuto ad una perdita di isolamento tra i due avvolgimenti, oppure per contatti con altri circuiti a tensione più alta.
Per avere a disposizione il livello di bassissima tensione è necessario perciò utilizzare le seguenti sorgenti elet-triche:
• un trasformatore di sicurezza conforme alle norme (CEI EN 61558-2-6);
• una sorgente che presenta un grado di sicurezza equivalente a quello del trasformatore di sicurez-za;
• una sorgente elettrochimica avente caratteristiche appropriate;
• piccoli gruppi elettrogeni;
• dispositivi elettronici rispondenti a norme appro-priate (in modo tale che anche in caso di un guasto interno la tensione ai morsetti di uscita non superi i valori precedentemente descritti)
Questi sistemi vengono denominati: • SELV (Safety Extra-Low Voltage); • PELV (Protection Extra-Low Voltage); • FELV (Functional Extra-Low Voltage).
Bassissima tensione di sicurezza (SELV)
Il sistema è denominato a bassissima tensione di sicu-rezza se ha le seguenti caratteristiche:
1. è alimentato da una sorgente autonoma o di sicu-rezza elencate precedentemente;
2. ha una separazione di protezione verso gli altri siste-mi elettrici ovvero un isolamento doppio o rinforzato o uno schermo metallico collegato a terra;
3. non ha punti a terra.
Queste caratteristiche sono necessarie per evitare che il sistema assuma una tensione superiore a quella no-minale.
Bassissima tensione di protezione (PELV)
Il sistema a bassissima tensione di protezione ha le caratteristiche dei punti uno e due precedentemente descritti, ma deve avere un punto connesso a terra ne-cessario per ragioni funzionali o per ragioni di sicurezza dei circuiti di comando.
Il sistema PELV risulta meno sicuro rispetto al sistema SELV poiché il circuito potrebbe assumere tramite la con-nessione a terra una tensione più elevata della tensione nominale secondaria (bassissima tensione).
È questo uno dei motivi per cui il sistema PELV non è ammesso quando siano necessarie misure di protezione più severe (es luoghi conduttori ristretti).
Considerazioni sui contatti diretti e indiretti (nei sistemi SELV e PELV)
Utilizzando i sistemi di protezione SELV o PELV non sussiste il pericolo di un contatto indiretto in quanto la tensione di alimentazione è di un valore ridotto tale da non creare pericoli per la persona.
Per quanto riguarda i contatti diretti per tensioni nominali fino a 25V in alternata e 60V in continua la protezione è già assicurata e quindi non richiesta (per quanto ri-guarda il sistema SELV in certe applicazioni particolari è necessaria, mentre per quanto riguarda il sistema PELV è necessario che il componente elettrico si trovi all’inter-no o all’esterno di un edificio dove sia stato realizzato il collegamento equipotenziale principale).
Per tensioni superiori (ma sempre inferiore a 50V in alternata o 120V in continua) la protezione contro i con-tatti diretti deve essere assicurata da una delle seguenti possibilità:
• l’utilizzo di barriere o involucri con grado di prote-zione non inferiore a IPXXB,
• un isolamento in grado di sopportare una tensione di prova di 500V, valore efficace per un minuto.
Bassissima tensione funzionale (FELV)
Quando il sistema è a bassissima tensione ma non soddisfa le prescrizioni precedentemente descritte nei sistemi SELV e PELV il sistema viene denominato FELV